JPWO2012144473A1 - 制御装置、電力制御システム、及び電力制御方法 - Google Patents

Abstract

発電を開始するための起動電力を要するガス発電装置２２０と、負荷３００に電力を供給するための電力供給手段（ＰＶ１００、蓄電池２００、ＰＣＳ４００、分電盤５００）と、を有する需要家に設けられ、ガス発電装置２２０及び前記電力供給手段を制御するＨＥＭＳ７００は、前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出し、前記供給電力がガス発電装置２２０の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する。

Description

本発明は、需要家に設けられる電力供給手段を制御する制御装置、電力制御システム、及び電力制御方法に関する。

近年、需要家において発電を行う分散型発電装置として、太陽電池（ＰＶ）や、ガス発電装置が普及している（例えば特許文献１参照）。ガス発電装置には、都市ガス又はプロパンガスを使った家庭用燃料電池が含まれる。

また、需要家において、電気料金の安い夜間において電力系統からの電力を充電し、昼間において当該電力を負荷に対して供給（放電）するための蓄電池が導入されるケースが増えることが想定されている。

特開平１１−６９６３４号公報

ところで、最近、大規模な地震の発生に起因する電力系統の電力供給能力の低下により停電の発生が相次いでいる。ここで、ガス発電装置は、地震等が発生した場合にはガスメータがガス供給を遮断するため、発電を停止する動作を行う。

しかしながら、地震等により電力系統の停電が生じた場合には、ガス発電装置により負荷に電力を供給する「自立運転」を行いたいものの、ガス発電装置はヒータや補機（各種ポンプなど）を起動するための起動電力を要するため、停電中は発電を開始できないという問題があった。

そこで、本発明は、起動電力を要する発電装置による発電を停電中に開始できる制御装置、電力制御システム、及び電力制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有している。

まず、本発明に係る制御装置の特徴は、発電を開始するための起動電力を要する第１の発電装置（ガス発電装置２２０）と、負荷（負荷３００）に電力を供給するための電力供給手段（例えば、ＰＶ１００、蓄電池２００、ＰＣＳ４００、分電盤５００）と、を有する需要家に設けられ、前記第１の発電装置及び前記電力供給手段を制御する制御装置（例えばＨＥＭＳ７００）であって、前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出する電力検出部（電力検出部７１１Ａ）と、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する制御部（制御部７１２Ａ）と、を備えることを要旨とする。

上述した特徴において、電力系統の停電を検出する停電検出部（停電・停止検出部７１１Ｃ）を更に備え、前記制御部は、前記停電が検出された場合で、前記第１の発電装置が発電を停止している場合に、前記供給電力を優先的に前記第１の発電装置に供給するよう制御する。

上述した特徴において、前記第１の発電装置に係る温度を検出する温度検出部（温度検出部７１１Ｂ）または停止時間検出部（停電・停止検出部７１１Ｃ）を更に備え、前記制御部は、前記検出された温度または停止時間に基づいて前記第１の発電装置の起動電力を補正した後、前記供給電力が前記補正後の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する。

上述した特徴において、前記停電が検出された場合で、前記電力供給手段及び前記第１の発電装置による自立運転を行う場合に、前記自立運転中の前記負荷の運転スケジュールである自立運転中スケジュールを決定する運転スケジュール決定部（運転スケジュール決定部７１４Ａ）を更に備え、前記運転スケジュール決定部は、前記自立運転を実行する期間と、前記電力供給手段及び前記第１の発電装置のそれぞれの電力供給状況と、前記負荷の状況とに基づいて、前記自立運転中スケジュールを決定する。

上述した特徴において、前記電力供給手段は、負荷に供給するための電力を蓄える蓄電池（蓄電池２００）を含み、前記供給電力は、前記蓄電池に蓄えられている電力である蓄電電力を含み、前記制御部は、前記蓄電電力を含む前記供給電力が、前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記蓄電池の充放電を制御する。

上述した特徴において、前記電力供給手段は、発電を開始するための起動電力が不要な第２の発電装置（例えばＰＶ１００）を更に含み、前記制御部は、前記停電が検出された場合で、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力に満たない場合に、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を満たすように、前記第２の発電装置の発電により得られた電力を優先的に前記蓄電池に充電するよう制御する。

上述した特徴において、前記第１の発電装置は、補機またはヒータの少なくとも何れかを含む燃料電池装置であって、前記制御部は、前記供給電力が前記補機または前記ヒータの少なくとも何れかに供給されるように、前記電力供給手段を制御する。

本発明に係る電力制御システムの特徴は、発電を開始するための起動電力を要する第１の発電装置（ガス発電装置２２０）と、負荷（負荷３００）に電力を供給するための電力供給手段（例えば、ＰＶ１００、蓄電池２００、ＰＣＳ４００、分電盤５００）と、を有する需要家に設けられ、前記第１の発電装置及び前記電力供給手段を制御する制御装置（例えばＨＥＭＳ７００）を有する電力制御システムであって、前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出する電力検出部（電力検出部７１１Ａ）と、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する制御部（制御部７１２Ａ）と、を備えることを要旨とする。

本発明に係る電力制御方法の特徴は、発電を開始するための起動電力を要する第１の発電装置と、負荷に電力を供給するための電力供給手段と、を有する需要家において、前記第１の発電装置及び前記電力供給手段を制御する電力制御方法であって、前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出する検出ステップと、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する制御ステップと、を含むことを要旨とする。

本発明の実施形態に係る電力制御システムの全体構成図である。 本発明の実施形態に係るＰＣＳ及び分電盤の詳細構成例１を示す図である。 本発明の実施形態に係るＰＣＳ及び分電盤の詳細構成例２を示す図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳの構成図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳの処理部の機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳによるガス発電起動制御フローのフローチャートである。 本発明の実施形態に係るＨＥＭＳによる自立運転制御フローのフローチャートである。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付す。

図１は、本実施形態に係る電力制御システムの全体構成図である。以下の図面において、電力ラインは太線で示し、制御信号ラインは破線で示している。なお、制御信号ラインは有線に限らず無線であってもよい。

図１に示すように、本実施形態に係る電力制御システムは、電力会社の電力系統１からＡＣ電力の供給を受ける需要家に、太陽電池（ＰＶ）１００、蓄電池２００、ガス発電装置２２０、パワーコンディショナ（ＰＣＳ）４００、分電盤５００、スマートメータ６００、及びＨＥＭＳ７００が設けられる。

ＰＶ１００は、太陽光を受けて発電し、ＰＣＳ４００との間に設けられた電力ラインを介して、発電により得られたＤＣ電力（以下、ＰＶ発電電力）をＰＣＳ４００に出力する。なお、ＰＶ１００は、１又は複数のパネルにより構成される。また、ＰＶ１００は、複数のパネルにより構成されたストリングを複数用いて構成されていてもよい。

蓄電池２００は、電力を蓄えるものであり、ＰＣＳ４００との間に設けられた電力ラインを介して、放電により得られたＤＣ電力（以下、蓄電池放電電力）をＰＣＳ４００に出力すると共に、ＰＣＳ４００からのＤＣ電力を充電する。また、蓄電池２００は、ＰＣＳ４００との間に設けられた制御信号ラインを介して、蓄えている電力を示す情報をＰＣＳ４００に出力すると共に、充放電を行うための制御信号が入力される。

ガス発電装置２２０は、図示を省略するガスラインを介して入力される都市ガス又はプロパンガスを用いて発電を行う家庭用燃料電池である。ガス発電装置２２０は、ＰＣＳ４００との間に設けられた電力ラインを介して、発電により得られたＤＣ電力（以下、ガス発電電力）をＰＣＳ４００に出力する。本実施形態では、ガス発電装置２２０には、ガス発電装置２２０の周辺温度を計測するための温度センサ（不図示）が設けられている。ガス発電装置２２０は、ＰＣＳ４００との間に設けられた制御信号ラインを介して、発電を制御するための制御信号が入力され、温度計測値や駆動停止時間をＰＣＳ４００に出力する。

ガス発電装置２２０は、ヒータや補機（各種ポンプなど）を起動するための起動電力を要する第１の発電装置に相当する。ガス発電装置２２０は、分電盤５００との間に設けられた電力ラインを介してＡＣ電力が入力され、入力されたＡＣ電力が起動電力に達している場合に起動する。ヒータは、セルスタックなどの燃料電池モジュールを温めるためのバーナに着火するための着火ヒータや電気ヒータなどを含む。補機は、燃料を輸送するポンプ、ブロア、それらを制御するＣＰＵなどを含む。

負荷３００は、分電盤５００との間に設けられた電力ラインを介してＡＣ電力が供給され、供給されたＡＣ電力を消費して動作する。負荷３００は、１つであってもよく、複数であってもよい。負荷３００には、照明、あるいはエアコンや冷蔵庫、テレビ等の家電機器に限らず、蓄熱器等が含まれていることがある。また、負荷３００は、ＨＥＭＳ７００と通信可能に構成され、ＨＥＭＳ７００からの制御コマンドに応じて省電力モードに移行するように構成される。

ＰＣＳ４００は、ＰＶ１００の発電及び蓄電池２００の放電により得られるＤＣ電力をＡＣに変換して出力する機能と、電力系統１からのＡＣ電力をＤＣに変換して出力する機能とを有する。このようなＰＣＳ４００は、ハイブリッドＰＣＳと称されることがある。ＰＣＳ４００は、分電盤５００との間に設けられた電力ラインを介して、ＡＣ電力を分電盤５００と入出力する。また、ＰＣＳ４００は、蓄電池２００との間に設けられた電力ラインを介して、蓄電池２００を充電するためのＤＣ電力を蓄電池２００に出力する。

ＰＣＳ４００は、ＤＣ／ＤＣ変換器４１０、ＤＣ／ＡＣ変換器４２０、コントローラ４３０、及び自立運転用コンセント４４０を有する。ただし、ＰＣＳ４００は、自立運転用コンセント４４０を有していなくてもよい。

ＤＣ／ＤＣ変換器４１０は、ＰＶ発電電力をＤＣ／ＤＣ変換し、コントローラ４３０の制御下で、ＤＣ電力を蓄電池２００及び／又はＤＣ／ＡＣ変換器４２０に出力する。

ＤＣ／ＡＣ変換器４２０は、コントローラ４３０の制御下で、ＤＣ／ＤＣ変換器４１０が出力するＤＣ電力、及び／又は、蓄電池放電電力をＡＣに変換して分電盤５００に出力する。また、自立運転用コンセント４４０に負荷が接続されている場合、ＤＣ／ＡＣ変換器４２０は、コントローラ４３０の制御下で、ＡＣ電力を自立運転用コンセント４４０に出力する。さらに、ＤＣ／ＡＣ変換器４２０は、コントローラ４３０の制御下で、分電盤５００から入力されるＡＣ電力をＤＣに変換して蓄電池２００に出力する。

コントローラ４３０は、ＰＣＳ４００の各種機能を制御するものであり、ＣＰＵやメモリを用いて構成される。また、コントローラ４３０は、ＨＥＭＳ７００との間で各種の制御信号を送受信する。詳細には、コントローラ４３０は、ＰＶ発電電力の計測値と、ガス発電電力の計測値と、蓄電池２００が蓄えている電力（以下、蓄電池蓄電電力）の計測値と、自立運転用コンセント４４０が供給している電力の計測値とを取得し、これらの計測値をＨＥＭＳ７００に通知する。コントローラ４３０は、ガス発電装置２２０の発電停止を検出すると、その旨の制御信号をＨＥＭＳ７００に通知する。

また、コントローラ４３０は、ＨＥＭＳ７００から受信した制御コマンドに従って、蓄電池２００の充放電を制御したり、ＰＶ発電電力を調整したりする。なお、コントローラ４３０には、ユーザからの入力を受け付けるユーザインターフェイス部が接続されていてもよい。

自立運転用コンセント４４０は、自立運転中に負荷への電力供給を行うためのものである。ただし、自立運転用コンセント４４０は、ＰＣＳ４００に設けられている場合に限らず、電力ラインを介してＰＣＳ４００から離間して設けられていることもある。

分電盤５００は、ＰＣＳ４００のコントローラ４３０及び／又はＨＥＭＳ７００の制御下で、電力の分配を行う。分電盤５００は、ＰＣＳ４００が出力するＡＣ電力が負荷３００の消費電力未満であるときには、不足分のＡＣ電力を電力系統１から受電して、ＰＣＳ４００が出力するＡＣ電力と電力系統１から受電したＡＣ電力とを負荷３００に供給する。また、分電盤５００は、ＰＣＳ４００が出力するＡＣ電力が負荷３００の消費電力を超えるときには、超過分のＡＣ電力を電力系統１に送電（売電）する。

なお、ＰＣＳ４００からの電力及び電力系統１からの電力の両電力を負荷３００に供給する運転状態は「連系運転」と称され、ＰＣＳ４００からの電力のみを負荷３００に供給する運転状態は「自立運転」と称される。分電盤５００は、電力系統１の停電（以下、単に「停電」という）時において、電力系統１からの解列を行って、連系運転から自立運転に移行する。

なお、連系運転から自立運転への切り替えには、自立運転用コンセント４４０へ負荷３００を差し替える方法と、分電盤５００が自動切り替えを行う方法とがある。以下においては、分電盤５００が自動切り替えを行うケースを主として説明する。

自立運転時においては、負荷３００には、ＰＶ発電電力及び蓄電池放電電力が、ＰＣＳ４００及び分電盤５００を介して供給される。すなわち、本実施形態において、ＰＶ１００、蓄電池２００、ＰＣＳ４００、及び分電盤５００は、負荷３００に電力を供給する電力供給手段を構成する。

スマートメータ６００は、電力系統１と分電盤５００との間の電力ライン上に設けられており、電力系統１と入出力する売電買電電力を計測し、計測値をＨＥＭＳ７００に通知する。また、スマートメータ６００は、外部ネットワーク２との通信を行って、売電買電電力の計測値を外部ネットワーク２に送信したり、電気料金情報等を受信したりする。スマートメータ６００（又はＰＣＳ４００）は、停電を検出すると、その旨の制御信号をＨＥＭＳ７００に送信する。

ＨＥＭＳ７００は、需要家内の電力管理を行うためのものであり、ＰＣＳ４００や分電盤５００に対して各種の制御コマンドを送信することにより需要家内の各機器を制御する機能と、各種の計測値を収集して需要家内の各機器の状態を監視・表示する機能とを有する。また、ＨＥＭＳ７００は、負荷３００の運転スケジュールを決定し、決定した運転スケジュールに従った制御を行う。本実施形態において、ＨＥＭＳ７００は、電力供給手段（ＰＶ１００、蓄電池２００、ＰＣＳ４００等）と負荷３００とを制御する制御装置に相当する。なお、ＨＥＭＳ７００は、外部ネットワーク２との通信を行うことにより、制御に用いる情報を外部ネットワーク２から取得してもよい。

次に、ＰＣＳ４００及び分電盤５００の詳細構成について説明する。図２は、ＰＣＳ４００及び分電盤５００の詳細構成例１を示す図である。

図２に示すように、本構成例に係るＰＣＳ４００は、ＤＣ／ＤＣ変換器４１０、ＤＣ／ＡＣ変換器４２０、及びコントローラ４３０に加え、表示部４５０及びスピーカ４６０を有する。停電時において表示部４５０は、コントローラ４３０の制御下で、停電中である旨の表示を行う。また、停電時においてスピーカ４６０は、コントローラ４３０の制御下で、停電中である旨の音声出力を行う。さらには、後述する停電予定期間の入力や負荷優先順位等の指定が可能な入力部４７０を備えるようにしてもよい。

また、本構成例に係る分電盤５００は、電力系統１からの解列を行う機能と、自立運転中に電力供給の有無をコンセント８０１〜８０４毎に切り換える機能とを有する。詳細には、分電盤５００は、サービスブレーカ５０１、主幹ブレーカ５０２、電力スイッチ５０３〜５０８、及び消費電力センサＣＴを有する。

サービスブレーカ５０１、主幹ブレーカ５０２、及び電力スイッチ５０３〜５０８は、ＰＣＳ４００のコントローラ４３０の制御下でオン／オフする。電力センサＣＴは、コンセント８０１乃至８０４に接続された負荷（例えば照明、冷蔵庫）が消費する電力を計測し、計測値をコントローラ４３０に通知する。

電力系統１から電力が得られている場合には、コントローラ４３０は、例えばＨＥＭＳ７００からの制御コマンドに応じて、サービスブレーカ５０１及び主幹ブレーカ５０２のそれぞれをオン状態にする。これにより、コンセント８０１〜８０４に接続された負荷に対して電力供給可能な状態になる。

これに対し、停電により自立運転に移行した場合には、コントローラ４３０は、例えばＨＥＭＳ７００からの制御コマンドに応じて、サービスブレーカ５０１をオン状態にしたまま、主幹ブレーカ５０２をオフ（解列）状態にする。これにより、これにより、コンセント８０１及び８０２に接続された負荷に対してはＰＣＳ４００が出力するＡＣ電力を供給可能な状態になるものの、コンセント８０３及び８０４に接続された負荷に対しては電力供給不能な状態になる。

従って、優先順位の高い負荷をコンセント８０１及び８０２に接続することによって、自立運転中に、これら優先順位の高い負荷に対して電力を供給できる。

図３は、ＰＣＳ４００及び分電盤５００の詳細構成例２を示す図である。

図３に示すように、本構成例に係るＰＣＳ４００は、ＤＣ／ＤＣ変換器４１０、双方向ＤＣ／ＡＣ変換器４２０、及びコントローラ４３０を有する点は構成例１と同様であるが、電力スイッチ４０１及び４０２を有する点で構成例１とは異なる。また、本構成例に係る分電盤５００は、サービスブレーカ５０１及び主幹ブレーカ５０２を有する点は構成例１と同様であるが、コントローラ５２０と、コンセント８０１〜８０５毎に設けられた電力スイッチ５１１〜５１５とを有する点で構成例１とは異なる。さらに、本構成例では、コンセント８０１〜８０５毎に消費電力センサＳが設けられており、コントローラ５２０が各計測値を収集してＰＣＳ４００のコントローラ４３０に通知する。なお、図３ではコントローラ５２０と消費電力センサＳとの信号線の接続を省略して図示している。

電力系統１から電力が得られている場合には、コントローラ４３０は、例えばＨＥＭＳ７００からの制御コマンドに応じて、電力スイッチ４０１、サービスブレーカ５０１、及び主幹ブレーカ５０２のそれぞれをオン状態にし、電力スイッチ４０２をオフ状態にするよう制御し、電力スイッチ５１１〜５１５のそれぞれを電力系統１側に切り換えるよう制御する。これにより、コンセント８０１〜８０５に接続された負荷に対して電力供給可能な状態になる。

これに対し、停電により自立運転に移行した場合には、コントローラ４３０は、例えばＨＥＭＳ７００からの制御コマンドに応じて、電力スイッチ４０１、サービスブレーカ５０１、及び主幹ブレーカ５０２をオフ状態にし、電力スイッチ４０２をオン状態にするよう制御する。本実施の形態のように電力スイッチ４０１、４０２をＰＣＳ４００内に持つことにより、自立運転時の負荷への電力制御をＰＣＳ４００内で行うことができるようになる。

また、コントローラ５２０は、例えばコントローラ４３０からの指示に応じて、図３の下方に示すように電力スイッチ５１１〜５１５を順次（循環的に）オン状態に切り換えるよう制御する。すなわち、コンセント８０１〜８０５において、電力供給可能とする時間を順次（循環的に）割り当てるよう制御する。これにより、コンセント８０１〜８０５毎に接続された複数の負荷において、２つ以上の負荷に対して同時に電力が供給されることが防止されるため、消費電力を時間的に分散させる（平準化させる）ことができる。以下においては、このような制御を「電力平準化制御」と称する。なお、割り当てる時間間隔は、数分から数十分単位であればよく、継続して電力供給が必要な負荷は継続的に供給するようにすればよい。

次に、ＨＥＭＳ７００の詳細構成について説明する。図４は、ＨＥＭＳ７００の構成図である。

図４に示すように、ＨＥＭＳ７００は、処理部７１０、記憶部７２０、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０、広域通信Ｉ／Ｆ部７４０、及びユーザＩ／Ｆ部７５０を有する。処理部７１０、記憶部７２０、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０、広域通信Ｉ／Ｆ部７４０、及びユーザＩ／Ｆ部７５０は、バスライン又はＬＡＮを介して情報をやり取りする。

処理部７１０は、例えばＣＰＵにより構成されており、記憶部７２０に記憶されている制御プログラムを実行することで、ＨＥＭＳ７００の各種機能を制御する。また、処理部７１０は、後述する自立運転制御を行う。処理部７１０の機能ブロック構成については後述する。

記憶部７２０は、例えばＲＡＭや不揮発メモリにより構成されており、ＨＥＭＳ７００の制御等に用いられる各種の情報を記憶する。

構内通信Ｉ／Ｆ部７３０は、需要家内の各機器との通信を行うための通信Ｉ／Ｆである。構内通信Ｉ／Ｆ部７３０は、例えばＺｉｇｂｅｅ（登録商標）又はイーサネット（登録商標）等による通信を行う。

広域通信Ｉ／Ｆ部７４０は、外部ネットワーク２との通信を行うための通信Ｉ／Ｆである。

ユーザＩ／Ｆ部７５０は、ユーザからの入力を受け付ける入力部や、各種の表示を行う表示部を含んで構成されている。

図５は、処理部７１０の機能ブロック図である。

図５に示すように、処理部７１０は、電力検出部７１１Ａ、温度検出部７１１Ｂ、停電・停止検出部７１１Ｃ、制御コマンド生成部７１２、情報取得部７１３、運転スケジュール決定部７１４Ａ、及び運転スケジュール変更部７１４Ｂを有する。

電力検出部７１１Ａは、ＰＣＳ４００から構内通信Ｉ／Ｆ部７３０が受信する各計測値のうち、ＰＶ発電電力の計測値及び蓄電池蓄電電力の計測値を合計した結果を、停電開始時に負荷３００に供給可能な電力（以下、停電開始時供給電力）として検出して制御コマンド生成部７１２に出力する。

温度検出部７１１Ｂは、ＰＣＳ４００から構内通信Ｉ／Ｆ部７３０が受信する各計測値のうち、ガス発電装置２２０の周辺温度の計測値を検出して制御コマンド生成部７１２に出力する。

停電・停止検出部７１１Ｃは、スマートメータ６００（又はＰＣＳ４００）から構内通信Ｉ／Ｆ部７３０が受信する停電通知を検出して制御コマンド生成部７１２に出力する。あるいは、停電・停止検出部７１１Ｃは、外部ネットワーク２から広域通信Ｉ／Ｆ部７４０が受信する停電通知を検出して制御コマンド生成部７１２に出力してもよい。

また、停電・停止検出部７１１Ｃは、ＰＣＳ４００から広域通信Ｉ／Ｆ部７４０が受信するガス発電停止通知を検出して制御コマンド生成部７１２に出力する。その際らに、ガス発電装置２２０の停止時間を検出して制御コマンド生成部７１２に出力するようにしてもよい。

制御コマンド生成部７１２は、需要家内の各機器を制御するための制御コマンドを生成し、生成した制御コマンドを、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介して需要家内の対象機器に送信する。

制御コマンド生成部７１２は、制御部７１２Ａ、省電力制御部７１２Ｂ、及び電力平準化制御部７１２Ｃを有する。

制御部７１２Ａは、制御部７１２Ａは、ガス発電装置２２０の周辺温度またはガス発電装置２２０の停止時間に基づいてガス発電装置２２０の起動電力（標準値）を補正する。ガス発電装置２２０の起動電力の標準値は、記憶部７２０に予め格納されているものとする。また、記憶部７２０には、温度毎または停止時間毎の起動電力補正値が予め格納されており、制御部７１２Ａは、ガス発電装置２２０の周辺温度または停止時間に対応する補正値により、起動電力の標準値を補正する。そして、制御部７１２Ａは、以下の処理において、補正後の起動電力を用いる。

制御部７１２Ａは、停電開始時供給電力がガス発電装置２２０の起動電力を下回らないように、蓄電池２００の充放電を制御する制御コマンドを生成し、当該制御コマンドを広域通信Ｉ／Ｆ部７４０を介してＰＣＳ４００に送信する。

制御部７１２Ａは、停電が検出された場合で、停電開始時供給電力がガス発電装置２２０の起動電力に満たない場合に、停電開始時供給電力がガス発電装置２２０の起動電力を満たすように、ＰＶ１００の発電により得られた電力を優先的に蓄電池２００に充電するよう制御する。

制御部７１２Ａは、停電が検出された場合で、ガス発電装置２２０が発電を停止している場合に、停電開始時供給電力、すなわち、ＰＶ発電電力及び蓄電電力を優先的にガス発電装置２２０に供給するよう制御する制御コマンドを生成し、当該制御コマンドを構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介してＰＣＳ４００及び分電盤５００に送信する。

省電力制御部７１２Ｂは、自立運転開始時において、負荷３００を省電力モードで動作させる「省電力制御」を指示するための省電力制御コマンドを生成し、生成した省電力制御コマンドを、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介して負荷３００に送信する。

電力平準化制御部７１２Ｃは、自立運転開始時において、上述した電力平準化制御を指示するための電力平準化制御コマンドを生成し、生成した電力平準化制御コマンドを、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介して分電盤５００に送信する。

情報取得部７１３は、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０及び／又は広域通信Ｉ／Ｆ部７４０を介して、自立運転中の負荷３００の運転スケジュールである自立運転中スケジュールを決定するための各種の情報（詳細については後述）を取得する。

運転スケジュール決定部７１４Ａは、情報取得部７１３によって取得された情報に基づいて自立運転中スケジュールを決定する。運転スケジュール決定部７１４Ａは、決定した自立運転中スケジュールの情報を、記憶部７２０に設けられた運転スケジュール記憶部７２１に格納する。

運転スケジュール変更部７１４Ｂは、情報取得部７１３によって新たに取得された情報に基づいて、運転スケジュール記憶部７２１に格納されている自立運転中スケジュールを変更し、変更後の運転スケジュールによって変更前の運転スケジュールを更新する。

制御コマンド生成部７１２は、運転スケジュール記憶部７２１に格納されている運転スケジュールに従って制御コマンドを生成し、生成した制御コマンドを、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介して需要家内の対象機器に送信する。

次に、ＨＥＭＳ７００によるガス発電起動制御フローを説明する。図６は、ＨＥＭＳ７００によるガス発電起動制御フローのフローチャートである。

図６に示すように、ステップＳ１において、電力検出部７１１Ａは、ＰＶ発電電力の計測値及び蓄電池蓄電電力の計測値を合計した結果を停電開始時供給電力として検出する。また、温度検出部７１１Ｂは、ガス発電装置２２０の周辺温度の計測値を検出する、または停電・停止検出部７１１Ｃは、ガス発電装置２２０の停止時間を検出する。この周辺温度の計測値または停止時間を検出することにより、ガス発電装置２２０の現状の温度を把握でき、起動電力として必要となる最適電力を予測することができるようになる。具体的には、最初の温度が低い、または停止時間が長い場合は、ガス発電装置２２０が起動してから所定の温度に到達するまでに時間を要するため、トータルの起動電力量が大きくなる。以下では、このように変化する起動電力量を「起動電力補正」として説明する。

制御部７１２Ａは、ガス発電装置２２０の起動電力の温度補正を行った後、停電開始時供給電力が補正後の起動電力を満たすように制御コマンドを生成する。例えば、制御部７１２Ａは、停電開始時供給電力が補正後の起動電力に満たない場合には、蓄電電力を増加させる制御コマンドを生成して送信する。

ステップＳ２において停電・停止検出部７１１Ｃが停電の発生を検出した場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）で、かつ、ステップＳ３において停電・停止検出部７１１Ｃがガス発電装置２２０の発電停止を検出した場合、処理がステップＳ４に進む。停電の発生を検出しない場合（ステップＳ２；ＮＯ）には、処理がステップＳ１に戻る。停電・停止検出部７１１Ｃが停電の発生を検出した場合（ステップＳ２；ＹＥＳ）で、かつ、ステップＳ３において停電・停止検出部７１１Ｃがガス発電装置２２０の発電停止を検出しない場合、処理が自立運転制御フロー（詳細については後述）に進む。

ステップＳ４において、電力検出部７１１Ａは、ＰＶ発電電力の計測値及び蓄電池蓄電電力の計測値を合計した結果を停電開始時供給電力として検出する。また、温度検出部７１１Ｂは、ガス発電装置２２０の周辺温度の計測値を検出する。そして、制御部７１２Ａは、ガス発電装置２２０の起動電力の温度補正を行う。

ステップＳ５において制御部７１２Ａが停電開始時供給電力が補正後の起動電力を満たさないと判定した場合（ステップＳ５；ＮＯ）、ステップＳ６において、制御部７１２Ａは、ＰＶ発電電力を蓄電池２００に蓄電するよう制御する制御コマンドを生成してＰＣＳ４００に送信する。その後、ステップＳ４に処理が戻る。

これに対し、ステップＳ５において制御部７１２Ａが停電開始時供給電力が補正後の起動電力を満たすと判定した場合（ステップＳ５；ＹＥＳ）、ステップＳ７において、制御部７１２Ａは、停電開始時供給電力（ＰＶ発電電力及び蓄電電力）をガス発電装置２２０に供給するよう制御する制御コマンドを生成してＰＣＳ４００及び分電盤５００に送信する。その結果、ガス発電装置２２０が起動する。その後、処理が自立運転制御フローに進む。

次に、ＨＥＭＳ７００による自立運転制御フローを説明する。図７は、ＨＥＭＳ７００による自立運転制御フローのフローチャートである。

図７に示すように、ステップＳ１１において、情報取得部７１３は、停電予定期間情報、蓄電情報、発電情報、及び消費電力情報を取得する。

停電予定期間情報は、計画停電（輪番停電）により定められた停電予定期間を示す情報であり、例えば停電予定期間に該当する日付と、当該停電予定期間の開始時刻と、当該停電予定期間の終了時刻とを含む。情報取得部７１３は、広域通信Ｉ／Ｆ部７４０を介して外部ネットワーク２から停電予定期間情報を取得する、又は、ユーザＩ／Ｆ部７５０に対するユーザ入力に基づいて停電予定期間情報を取得する。あるいは、ＰＣＳ４００にユーザＩ／Ｆ部（例えば、図２で示す入力部４７０）が設けられている場合には、ＰＣＳ４００のユーザＩ／Ｆ部７５０に対するユーザ入力に基づいて停電予定期間情報を取得してもよい。スマートメータ６００が外部ネットワーク２から停電予定期間情報を取得できる場合には、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介してスマートメータ６００から停電予定期間情報を取得してもよい。

本実施形態において、上述した停電予定期間情報によって示される停電予定期間は、自立運転を実行する期間に相当する。

蓄電情報は、停電前（停電直前）の蓄電池２００の蓄電電力を示す情報である。情報取得部７１３は、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介してＰＣＳ４００から蓄電情報を取得する。

発電情報は、停電前（停電直前）のＰＶ１００及びガス発電装置２２０のそれぞれの発電電力を示す情報である。情報取得部７１３は、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介してＰＣＳ４００から発電情報を取得する。あるいは、情報取得部７１３は、将来の（自立運転中の）ＰＶ１００の予想発電電力を得るために有益な情報に基づいて、自立運転中のＰＶ１００の予想発電電力を示す発電電力を取得する。ここで、予想発電電力を得るために有益な情報とは、例えば以下の情報である。

・天候予測や気象センサ：これらの情報から、ＰＶ１００の発電に影響を与える日射量等を推定し、今後の発電電力を予測できる。情報取得部７１３は、天候予測情報や気象センサ情報を広域通信Ｉ／Ｆ部７４０を介して外部ネットワーク２から取得する。

・時計やカレンダ機能：これらの情報から、ＰＶ１００の発電に影響を与える日射量等を推定し、今後の発電電力を予測できる。情報取得部７１３は、当日の日付及び現在時刻の情報を、ＨＥＭＳ７００の内部タイマ、又は広域通信Ｉ／Ｆ部７４０を介して外部ネットワーク２から取得する。

・停電開始時の発電量からの推測：例えば、停電開始時（自立運転への移行時）における発電電力が増加傾向であるか減少傾向であるかに応じて、今後の発電電力を予測できる。

・過去の発電実績データ：例えば、記憶部７２０に発電電力を環境条件別に格納しておき、現在の環境条件に合致する過去の発電電力を検索することによって、今後の発電電力を予測できる。

本実施形態において、上述した蓄電情報及び発電情報は、電力供給手段の電力供給状況に相当する。

消費電力情報は、停電前（停電直前）の負荷３００の総消費電力を示す情報である。負荷３００の総消費電力は例えば分電盤５００で計測、又は負荷３００が接続されるコンセントで計測可能であり、情報取得部７１３は、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介して消費電力情報を取得する。あるいは、図２に示したように、自立運転中に電力供給を行うべき負荷が限定されている場合には、当該負荷についての消費電力情報を取得すればよい。また、自立運転用コンセント４４０に負荷を接続して自立運転を行う場合には、当該負荷の情報を手動又は自動で取得し、取得した情報から当該負荷についての消費電力情報を求めてもよい。

基本的には、上述した停電予定期間情報、蓄電情報、発電情報、及び消費電力情報を用いることによって、自立運転中スケジュールを決定可能である。例えば、停電中（自立運転中）に負荷３００に対して供給可能な総電力により、負荷３００の総消費電力をどの程度賄うことができるかを判定し、停電予定期間（自立運転期間）においてどのようなタイミングで負荷３００に電力を供給するかといったスケジュールが決定される。

さらに、情報取得部７１３は、負荷優先順位情報、省電力モード情報、電力平準化情報、及び起動電力情報を取得することによって、より適切に自立運転中スケジュールを決定可能になる。

負荷優先順位情報は、負荷３００に対する電力供給優先順位を設定した情報である。情報取得部７１３は、ユーザＩ／Ｆ部７５０に対するユーザ入力に基づいて負荷優先順位情報を取得する。あるいは、予め定められた優先順位での負荷優先順位情報を記憶部７２０に記憶しておき、記憶部７２０から負荷優先順位情報を取得してもよい。例えば、ＨＥＭＳ７００や非常灯を高い優先順位に設定する。

省電力モード情報は、負荷３００毎の省電力モードの情報（例えば、省電力モードの種類や省電力モードでの消費電力）を示す情報である。

電力平準化情報は、図３に示したような電力平準化制御に関する情報（例えば、電力平準化制御の対象とすべき負荷３００の情報）である。

起動電力情報は、負荷３００毎の起動電力を示す情報である。例えば、停電時に、省電力モードとしての断続運転などを行って冷蔵庫の温度が上がったあと、電気が復旧した際にまた元の温度まで冷やし直すための起動電力は大きくなるため、連続運転を長時間続けていたほうが消費電力は少ないようなケースが想定される。よって、起動電力情報（取得可能であれば冷蔵庫の内部温度なども）を考慮してスケジュール決定を行うことが好ましい。

ステップＳ１２において、運転スケジュール決定部７１４Ａは、情報取得部７１３によって取得された停電予定期間情報、蓄電情報、発電情報、消費電力情報、負荷優先順位情報、省電力モード情報、電力平準化情報、及び起動電力情報に基づいて、自立運転中スケジュールを決定する。例えば、停電中（自立運転中）に負荷３００に対して供給可能な総電力により、省電力制御や電力平準化制御が加味された負荷総消費電力をどの程度賄うことができるかを判定し、負荷３００の優先順位や起動電力も考慮して、停電予定期間（自立運転期間）においてどのようなタイミングでどの負荷に電力を供給するかといったスケジュールが決定される。

具体例として、停電予定期間２時間と入力した後、蓄電情報と発電情報をもとに決定される負荷の自立運転スケジュールを表１に示す。このように、蓄電池と太陽電池の発電量をガス発電装置の起動電力量と負荷消費電力量の総和が超えないようにスケジュールを組めばよい。なお、３０分単位で切替を行う際、図３で説明した「電力平準化制御」を行うようにしてもよい。

運転スケジュール記憶部７２１は、運転スケジュール記憶部７２１によって決定された自立運転中スケジュールを記憶する。

ステップＳ１３において、制御コマンド生成部７１２は、自立運転への切り替えコマンドを生成し、生成した切り替えコマンドを、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介してＰＣＳ４００及び分電盤５００に送信する。あるいは、分電盤５００が自立運転への切り替えを自動で行ってもよく、ユーザが自立運転用コンセント４４０へ負荷３００を接続することにより自立運転への切り替えを手動で行ってもよい。

ステップＳ１４において、制御コマンド生成部７１２は、運転スケジュール記憶部７２１に記憶されている自立運転中スケジュール情報に従った制御コマンドを、構内通信Ｉ／Ｆ部７３０を介して、負荷３００や、ＰＣＳ４００、分電盤５００に送信する。

停電予定期間の経過により、自立運転を終了する場合には、系統連系に切り替わり（ステップＳ１９）、本フローが終了する。これに対し、自立運転を継続する場合（ステップＳ１５；ＮＯ）、ステップＳ１６において、情報取得部７１３は、蓄電情報、発電情報、及び負荷優先順位情報を再度取得する。蓄電情報及び発電情報を再度取得するのは、当初の予想に対して現在の蓄電電力及び現在の発電電力の誤差がある場合に、自立運転中スケジュールを変更するためである。負荷優先順位情報を再度取得するのは、携帯電話の充電が必要となった場合など、スケジュールされていない負荷の割り込みを許容するためである。また、情報取得部７１３は、需要家内に人感センサが設けられている場合には、人感センサ情報を取得してもよい。例えば、部屋毎に人感センサを設けておき、その部屋にユーザが居る／居ないに応じて照明やエアコン等の運転スケジュールを変更することが考えられる。

具体例として、表１の自立運転スケジュールにて稼動後、1時間を経過した際、改めて発電情報を入手し、急遽携帯電話の充電がされた場合の自立運転スケジュールの変更を表２に示す。

ステップＳ１７において、運転スケジュール変更部７１４Ｂは、情報取得部７１３によって取得された蓄電情報、発電情報、負荷優先順位情報、及び人感センサ情報に基づき、運転スケジュール記憶部７２１に格納されている自立運転中スケジュールを変更するか否かを判定する。

自立運転中スケジュールを変更しないと判定した場合（ステップＳ１７；ＮＯ）、処理をステップＳ１４に戻す。

自立運転中スケジュールを変更すると判定した場合（ステップＳ１７；ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、運転スケジュール変更部７１４Ｂは、運転スケジュール記憶部７２１に格納されている自立運転中スケジュールを変更し、その後、処理をステップＳ１４に戻す。

以上説明したように、制御部７１２Ａは、負荷３００に供給可能な供給電力がガス発電装置２２０の起動電力を下回らないように蓄電池２００の充放電を制御することによって、ガス発電装置２２０の起動電力を確保しておくことができるため、ガス発電装置２２０による発電を停電中に開始できる。

また、本実施形態では、停電が検出された場合で、ガス発電装置２２０が発電を停止している場合に、負荷３００に供給可能な供給電力を優先的にガス発電装置２２０に供給することによって、ガス発電装置２２０による発電を停電直後に開始できる。

さらに、本実施形態では、ガス発電装置２２０の周辺温度または停止時間に基づいてガス発電装置２２０の起動電力を判定することによって、温度に応じて起動電力が変化するガス発電装置２２０を、より確実に起動できる。

本実施形態では、停電が検出された場合で、負荷３００に供給可能な供給電力がガス発電装置２２０の起動電力に満たない場合に、負荷３００に供給可能な供給電力がガス発電装置２２０の起動電力を満たすように、ＰＶ１００の発電電力を優先的に蓄電池２００に充電することによって、ガス発電装置２２０を早期に起動できる。

本実施形態では、運転スケジュール決定部７１４Ａは、自立運転を実行する期間と、発電装置及び蓄電池２００の電力供給状況と、負荷３００の状況とに基づいて、自立運転中スケジュールを決定することによって、停電中（すなわち、自立運転中）の負荷３００の運転スケジュールを適切に決定できる。

本実施形態では、運転スケジュール決定部７１４Ａは、自立運転開始時に、自立運転中スケジュールを決定することによって、停電中（すなわち、自立運転中）の負荷３００の運転スケジュールを適切なタイミングで決定できる。

さらに、本実施形態では、運転スケジュール決定部７１４Ａは、自立運転を実行する期間と、自立運転中スケジュールを決定する以前の発電装置及び蓄電池２００の電力供給状況と、自立運転中スケジュールを決定する以前の負荷３００の状況とに基づいて、自立運転中スケジュールを決定することによって、直近の状況に応じた自立運転中スケジュールを決定できる。

本実施形態では、運転スケジュール決定部７１４Ａは、負荷３００に対する電力供給優先順位の設定に更に基づいて、自立運転中スケジュールを決定することによって、適切な優先順位で負荷３００に電力を供給できる。

本実施形態では、運転スケジュール決定部７１４Ａは、省電力制御に更に基づいて、自立運転中スケジュールを決定することによって、自立運転中の省電力制御を考慮して自立運転中スケジュールを適切に決定できる。

本実施形態では、運転スケジュール決定部７１４Ａは、電力平準化制御に更に基づいて、自立運転中スケジュールを決定することによって、自立運転中の電力平準化制御を考慮して自立運転中スケジュールを適切に決定できる。

本実施形態では、運転スケジュール変更部７１４Ｂは、自立運転中の発電装置及び蓄電池２００の電力供給状況、自立運転中の負荷３００の状況、又は自立運転中のユーザの状況の少なくとも１つに基づいて、決定された自立運転中スケジュールの少なくとも一部を変更することによって、自立運転中に自立運転中スケジュールを適切に変更できる。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

上述した実施形態では、ＰＶ１００、ガス発電装置２２０、及び蓄電池２００が需要家に設けられる構成を説明したが、ＰＶ１００又は蓄電池２００が需要家に設けられない構成であってもよい。また、ＰＶ１００に加えて、又はＰＶ１００に代えて、風力発電装置が需要家に設けられる構成であってもよい。なお、ＰＶ１００、風力発電装置は、発電を開始するための起動電力が不要な第２の発電装置に相当する。さらに、ガス発電装置２２０に加えて、又はガス発電装置２２０に代えて、最初の駆動に電力を必要とし、駆動した移行は電力以外の供給（石油等のガス以外の資源）により電力を発電する装置を第１の発電装置としてもよい。

上述した実施形態では、住宅単位で電力管理を行うためのＨＥＭＳ７００を例に説明したが、ＨＥＭＳ７００に代えて、ビル単位で電力管理を行うためのＢＥＭＳとしてもよい。

また、図５に示したＨＥＭＳ７００の構成の少なくとも一部をＰＣＳ４００のコントローラ４３０に設け、図６及び図７に示した処理フローの少なくとも一部をＰＣＳ４００のコントローラ４３０に実行させてもよい。すなわち、ＰＣＳ４００を本発明に係る制御装置としてもよい。

図７に示したフローにおいては、自立運転への切替前に自立運転中スケジュールを決定していたが、自立運転への切り替え後に自立運転中スケジュールを決定してもよい。

このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。

なお、日本国特許出願第２０１１-０９２５２８号（２０１１年４月１８日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。

以上のように、本発明に係る制御装置、電力制御システム、及び電力制御方法は、起動電力を要する発電装置による発電を停電中に開始できるので、電力分野において有用である。

Claims (9)

1. 発電を開始するための起動電力を要する第１の発電装置と、負荷に電力を供給するための電力供給手段と、を有する需要家に設けられ、前記第１の発電装置及び前記電力供給手段を制御する制御装置であって、
   前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出する電力検出部と、
   前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 電力系統の停電を検出する停電検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記停電が検出された場合で、前記第１の発電装置が発電を停止している場合に、前記供給電力を優先的に前記第１の発電装置に供給するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第１の発電装置に係る温度を検出する温度検出部、または第１の発電装置の停止時間を検出する停止時間検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記検出された温度または停止時間に基づいて前記第１の発電装置の起動電力を補正した後、前記供給電力が前記補正後の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記停電が検出された場合で、前記電力供給手段及び前記第１の発電装置による自立運転を行う場合に、前記自立運転中の前記負荷の運転スケジュールである自立運転中スケジュールを決定する運転スケジュール決定部を更に備え、
   前記運転スケジュール決定部は、前記自立運転を実行する期間と、前記電力供給手段及び前記第１の発電装置のそれぞれの電力供給状況と、前記負荷の状況とに基づいて、前記自立運転中スケジュールを決定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
5. 前記電力供給手段は、負荷に供給するための電力を蓄える蓄電池を含み、
   前記供給電力は、前記蓄電池に蓄えられている電力である蓄電電力を含み、
   前記制御部は、前記蓄電電力を含む前記供給電力が、前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記蓄電池の充放電を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
6. 前記電力供給手段は、発電を開始するための起動電力が不要な第２の発電装置を更に含み、
   前記制御部は、前記停電が検出された場合で、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力に満たない場合に、前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を満たすように、前記第２の発電装置の発電により得られた電力を優先的に前記蓄電池に充電するよう制御することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
7. 前記第１の発電装置は、補機またはヒータの少なくとも何れかを含む燃料電池装置であって、
   前記制御部は、前記供給電力が前記補機または前記ヒータの少なくとも何れかに供給されるように、前記電力供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
8. 発電を開始するための起動電力を要する第１の発電装置と、負荷に電力を供給するための電力供給手段と、を有する需要家に設けられ、前記第１の発電装置及び前記電力供給手段を制御する制御装置を有する電力制御システムであって、
   前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出する電力検出部と、
   前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする電力制御システム。
9. 発電を開始するための起動電力を要する第１の発電装置と、負荷に電力を供給するための電力供給手段と、を有する需要家において、前記第１の発電装置及び前記電力供給手段を制御する電力制御方法であって、
   前記電力供給手段が供給可能な供給電力を検出する検出ステップと、
   前記供給電力が前記第１の発電装置の起動電力を下回らないように、前記電力供給手段を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする電力制御方法。

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